История электротехники

Сотрудники ВЭИ участвовали в испытаниях оборудования как на заводах-изготовителях, так и на мощном испытательном стенде в г. Тольятти, спроектированном и сооруженном коллективом ВЭИ. Большую роль в этой работе играли сотрудники ВЭИ А.Г. Викулин, В.П. Кулаков. Кроме того, сотрудники ВЭИ участвовали в шеф-монтаже, наладке и опытной эксплуатации оборудования на электропередачах и вставке постоянного тока.

Приведем основные параметры электропередач постоянного тока и вставки, спроектированных и построенных российскими специалистами.

Электропередача постоянного тока Волгоград — Донбасс была введена в эксплуатацию в 1962 г. и в течение ряда лет была крупнейшей передачей постоянного тока в мире.

Передача выполнена по схеме два полюса — земля и связывает шины 220 кВ энергосистем «Волгоградэнерго» (Волжская подстанция) и «Донбассэнерго» (Михайловская подстанция) через двухполюсную воздушную линию передачи постоянного тока с проводами 2хАСО-600 в полюсе. Параметры передачи: напряжение ± 400 кВ, мощность 720 МВт, выпрямленный ток 900 А, длина линии 473 км.

На каждой преобразовательной подстанции включены последовательно восемь шестифазных преобразовательных мостов, каждый из которых состоит из 14 высоковольтных ртутных вентилей типа ВР-9. Вентили включены последовательно по два в каждое плечо моста. Кроме того, имеются два шунтирующих вентиля.

Для получения 12-фазного режима преобразования каждые два моста питаются от группы из трех однофазных трансформаторов мощностью 3x90 MB•А, имеющих каждый шесть обмоток: две сетевые (220 кВ), две третичные (13,8 кВ) и две вентильные (89 кВ) [5] . Сетевые и третичные обмотки включены параллельно, вентильные включены: одна в треугольник, другая в звезду и работают каждая на свой мост. В нейтраль сетевой обмотки трансформатора включен регулировочный трансформатор, позволяющий изменять коэффициент трансформации в пределах 15%. Волжская преобразовательная подстанция совмещена с Волжской ГЭС, и зал вентилей находится в теле плотины ГЭС, рядом с машинным залом. Преобразовательный блок Волжской подстанции состоит из двух генераторов, группы однофазных трансформаторов и двух шестифазных вентильных мостов. Фильтры высших гармоник на подстанции не предусмотрены.

5

Указаны линейные напряжения в группе трансформаторов.

На Михайловской подстанции вентили размещены в вентильном зале. Компенсация реактивной мощности и высших гармоник осуществляется фильтрами (5, 7, 11-й гармоник), включенными на шины 220 кВ. Передача работает в реверсивном режиме и обеспечивает обмен мощностью между двумя самобалансирующимися энергосистемами Средней Волги и Юга. Возможна работа одной полуцепью с возвратом тока через землю.

Электропередача постоянного тока Экибастуз — Центр. Предполагалось, что крупнейшая в мире электропередача мощностью 6000 МВт, напряжением ± 750 кВ по схеме два полюса — земля и протяженностью более 2400 км свяжет восточные районы страны с европейской частью России. Ввод в эксплуатацию ее планировалось осуществить в 1992–1995 гг.

В состав электропередачи Экибастуз — Центр входили биполярная воздушная линия с проводами 5хАСО-1200 в полюсе и две концевые преобразовательные подстанции: одна в районе Экибастузских ГРЭС, другая в узле нагрузок Объединенной энергосистемы Центра в районе г. Тамбова.

Главное назначение электропередачи — транспорт энергии Экибастузских ГРЭС в энергосистему Центра. Предусмотрен реверс потока мощности. На зажимах отправной подстанции в Экибастузе в полюсе ВЛ обеспечивался рабочий ток 4000 А и напряжение 750 кВ по отношению к земле. Средняя точка преобразователей обеих подстанций глухо заземлялась на выносное рабочее заземление.

Важнейшая особенность главной схемы электропередачи — параллельное соединение ветвей преобразователей: каждая ветвь, состоящая из двух каскадно включенных шестифазных мостов (по 750 МВт, 375 кВ и 2000 А), соединенных каждый со своим трансформатором, представляет собой единичный агрегат, все оборудование которого включается или отключается одновременно.

Основной агрегат подстанции — двухмостовой преобразователь, оснащенный высоковольтными тиристорными вентилями (ВТВ) (Р.А. Лытаев и др., ВЭИ), устройствами демпфирования, высокочастотными реакторами, разрядниками. Вентиль ВТВ имеет модульную конструкцию, световую систему управления, водяное охлаждение. Он содержит 128 модулей, в каждом модуле включено последовательно четыре тиристора таблеточного типа, имеющих двустороннее охлаждение деионизованной водой. Световые импульсы управления поступают к тиристорам по световодам.

После распада Советского Союза сооружение электропередачи Экибастуз — Центр было прекращено.

Вставка постоянного тока Россия — Финляндия в г. Выборге введена в эксплуатацию в 1981 г. Через эту вставку из России в Финляндию передается энергия 4 ТВТ•ч в год, что составляет 10% от выработки электроэнергии в Финляндии. Вставка представляет собой преобразовательную подстанцию в г. Выборге, которая присоединена с нашей стороны через двухцепную линию переменного тока 330 кВ к системе Ленэнерго (подстанция Восточная) и с финской стороны через двухцепную линию переменного тока 400 кВ к системе Иматран Войма (подстанция Юлликкяля), которая входит в энергообъединение скандинавских стран Nordel. С сооружением вставки постоянного тока Россия — Финляндия ЕЭС России оказалась соединенной с энергосистемами стран Западной Европы.

Главная схема Выборгской преобразовательной подстанции состоит из трех одинаковых 12-фазных комплектных высоковольтных преобразовательных устройств, каждое из которых состоит из четырех мостов на 2100 А, 170 кВ, 355 МВт. В преобразовательных мостах в настоящее время используются тиристоры типа Т173–125 с диаметром шайбы 80 мм. В плече вентиля ВТВ включены 64 тиристора последовательно. В одном модуле четыре тиристора. Мощность одного тиристора 470 кВт.

Преобразовательные мосты питаются от однофазных четырехобмоточных трансформаторов, вентильные обмотки которых соединены в звезду и треугольник, а обмотка НН 35 кВ служит для подсоединения фильтров высших гармоник.

Гибкие электропередачи переменного тока. Гибкими называют электропередачи, содержащие управляемые устройства силовой электроники. В энергосистемах уже давно применяются электронные устройства автоматического управления, защиты и противоаварийной автоматики энергосистем. Однако современные электронные устройства управления энергосистемой вступают в противоречие с механическими и инерционными объектами управления. Поэтому давно родилась мысль ввести силовые электронные устройства в энергосистему. В этом случае электронные устройства будут управлять быстродействующими электронными силовыми объектами, и противоречие, упомянутое выше, исчезнет.

Идея использования преобразовательной техники для регулирования реактивной мощности принадлежит проф. МЭИ В.А. Веникову, который высказал ее 40 лет назад. В результате развития этой идеи были разработаны схемы статических компенсаторов прямой и косвенной компенсации (СТК), в которых реактивная мощность изменялась за счет изменения тока, проходящего через реактивный элемент, регулируемый с помощью тиристоров.

К первому поколению гибких электропередач можно отнести электропередачи и вставки постоянного тока, которые являются регулируемыми элементами энергосистемы, позволяют демпфировать качания мощности и повышают устойчивость параллельных электропередач переменного тока.

В 1984 г. вице-президент американского НИИэлектроэнергетики (ЭПРИ) г-н Хингорани высказал мысль, являющуюся развитием предложения проф. В.А. Веникова: использовать современную высоковольтную преобразовательную технику для электропередач переменного тока с целью коренного улучшения их характеристик так, чтобы вместо воздействия на электромеханические процессы в синхронных машинах воздействовать на электронные устройства, включенные непосредственно в линию передачи. Это предложение послужило основой развития техники гибких электропередач.